#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <time.h>

#define OK 1
#define ERROR 0
#define TRUE 1
#define FALSE 0

#define MAXSIZE 100 /* 存储空间初始分配量 */
#define MAX_TREE_SIZE 100 /* 二叉树的最大结点数 */

typedef int Status;        /* Status是函数的类型,其值是函数结果状态代码，如OK等 */
typedef int TElemType;  /* 树结点的数据类型，目前暂定为整型 */
typedef TElemType SqBiTree[MAX_TREE_SIZE]; /* 0号单元存储根结点  */

typedef struct {
    int level, order; /* 结点的层,本层序号(按满二叉树计算) */
} Position;

TElemType Nil = 0; /*  设整型以0为空 */

Status visit(TElemType c) {
    printf("%d ", c);
    return OK;
}

/* 构造空二叉树T。因为T是固定数组，不会改变，故不需要& */
Status InitBiTree(SqBiTree T) {
    int i;
    for (i = 0; i < MAX_TREE_SIZE; i++)
        T[i] = Nil; /* 初值为空 */
    return OK;
}

/* 按层序次序输入二叉树中结点的值(字符型或整型), 构造顺序存储的二叉树T */
Status CreateBiTree(SqBiTree T) {
    int i = 0;
    printf("请按层序输入结点的值(整型)，0表示空结点，输999结束。结点数≤%d:\n", MAX_TREE_SIZE);
    while (i < 10) {
        T[i] = i + 1 * 2;

        if (i != 0 && T[(i + 1) / 2 - 1] == Nil && T[i] != Nil) /* 此结点(不空)无双亲且不是根 */
        {
            printf("出现无双亲的非根结点%d\n", T[i]);
            exit(ERROR);
        }
        i++;
    }
    while (i < MAX_TREE_SIZE) {
        T[i] = Nil; /* 将空赋值给T的后面的结点 */
        i++;
    }

    return OK;
}

#define ClearBiTree InitBiTree /* 在顺序存储结构中，两函数完全一样 */

/* 初始条件: 二叉树T存在 */
/* 操作结果: 若T为空二叉树,则返回TRUE,否则FALSE */
Status BiTreeEmpty(SqBiTree T) {
    if (T[0] == Nil) /* 根结点为空,则树空 */
        return TRUE;
    else
        return FALSE;
}

/* 初始条件: 二叉树T存在。操作结果: 返回T的深度 */
int BiTreeDepth(SqBiTree T) {
    int i, j = -1;
    for (i = MAX_TREE_SIZE - 1; i >= 0; i--) /* 找到最后一个结点 */
        if (T[i] != Nil)
            break;
    i++;
    do
        j++;
    while (i >= powl(2, j));/* 计算2的j次幂。 */
    return j;
}

/* 初始条件: 二叉树T存在 */
/* 操作结果:  当T不空,用e返回T的根,返回OK;否则返回ERROR,e无定义 */
Status Root(SqBiTree T, TElemType *e) {
    if (BiTreeEmpty(T)) /* T空 */
        return ERROR;
    else {
        *e = T[0];
        return OK;
    }
}

/* 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点(的位置) */
/* 操作结果: 返回处于位置e(层,本层序号)的结点的值 */
TElemType Value(SqBiTree T, Position e) {
    return T[(int) powl(2, e.level - 1) + e.order - 2];
}

/* 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点(的位置) */
/* 操作结果: 给处于位置e(层,本层序号)的结点赋新值value */
Status Assign(SqBiTree T, Position e, TElemType value) {
    int i = (int) powl(2, e.level - 1) + e.order - 2; /* 将层、本层序号转为矩阵的序号 */
    if (value != Nil && T[(i + 1) / 2 - 1] == Nil) /* 给叶子赋非空值但双亲为空 */
        return ERROR;
    else if (value == Nil && (T[i * 2 + 1] != Nil || T[i * 2 + 2] != Nil)) /*  给双亲赋空值但有叶子（不空） */
        return ERROR;
    T[i] = value;
    return OK;
}

/* 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点 */
/* 操作结果: 若e是T的非根结点,则返回它的双亲,否则返回＂空＂ */
TElemType Parent(SqBiTree T, TElemType e) {
    int i;
    if (T[0] == Nil) /* 空树 */
        return Nil;
    for (i = 1; i <= MAX_TREE_SIZE - 1; i++)
        if (T[i] == e) /* 找到e */
            return T[(i + 1) / 2 - 1];
    return Nil; /* 没找到e */
}


/* 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点 */
/* 操作结果: 返回e的左孩子。若e无左孩子,则返回＂空＂ */
TElemType LeftChild(SqBiTree T, TElemType e) {
    int i;
    if (T[0] == Nil) /* 空树 */
        return Nil;
    for (i = 0; i <= MAX_TREE_SIZE - 1; i++)
        if (T[i] == e) /* 找到e */
            return T[i * 2 + 1];
    return Nil; /* 没找到e */
}

/* 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点 */
/* 操作结果: 返回e的右孩子。若e无右孩子,则返回＂空＂ */
TElemType RightChild(SqBiTree T, TElemType e) {
    int i;
    if (T[0] == Nil) /* 空树 */
        return Nil;
    for (i = 0; i <= MAX_TREE_SIZE - 1; i++)
        if (T[i] == e) /* 找到e */
            return T[i * 2 + 2];
    return Nil; /* 没找到e */
}

/* 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点 */
/* 操作结果: 返回e的左兄弟。若e是T的左孩子或无左兄弟,则返回＂空＂ */
TElemType LeftSibling(SqBiTree T, TElemType e) {
    int i;
    if (T[0] == Nil) /* 空树 */
        return Nil;
    for (i = 1; i <= MAX_TREE_SIZE - 1; i++)
        if (T[i] == e && i % 2 == 0) /* 找到e且其序号为偶数(是右孩子) */
            return T[i - 1];
    return Nil; /* 没找到e */
}

/* 初始条件: 二叉树T存在,e是T中某个结点 */
/* 操作结果: 返回e的右兄弟。若e是T的右孩子或无右兄弟,则返回＂空＂ */
TElemType RightSibling(SqBiTree T, TElemType e) {
    int i;
    if (T[0] == Nil) /* 空树 */
        return Nil;
    for (i = 1; i <= MAX_TREE_SIZE - 1; i++)
        if (T[i] == e && i % 2) /* 找到e且其序号为奇数(是左孩子) */
            return T[i + 1];
    return Nil; /* 没找到e */
}

/* PreOrderTraverse()调用 */
void PreTraverse(SqBiTree T, int e) {
    visit(T[e]);
    if (T[2 * e + 1] != Nil) /* 左子树不空 */
        PreTraverse(T, 2 * e + 1);
    if (T[2 * e + 2] != Nil) /* 右子树不空 */
        PreTraverse(T, 2 * e + 2);
}

/* 初始条件: 二叉树存在 */
/* 操作结果: 先序遍历T。 */
Status PreOrderTraverse(SqBiTree T) {
    if (!BiTreeEmpty(T)) /* 树不空 */
        PreTraverse(T, 0);
    printf("\n");
    return OK;
}

/* InOrderTraverse()调用 */
void InTraverse(SqBiTree T, int e) {
    if (T[2 * e + 1] != Nil) /* 左子树不空 */
        InTraverse(T, 2 * e + 1);
    visit(T[e]);
    if (T[2 * e + 2] != Nil) /* 右子树不空 */
        InTraverse(T, 2 * e + 2);
}

/* 初始条件: 二叉树存在 */
/* 操作结果: 中序遍历T。 */
Status InOrderTraverse(SqBiTree T) {
    if (!BiTreeEmpty(T)) /* 树不空 */
        InTraverse(T, 0);
    printf("\n");
    return OK;
}

/* PostOrderTraverse()调用 */
void PostTraverse(SqBiTree T, int e) {
    if (T[2 * e + 1] != Nil) /* 左子树不空 */
        PostTraverse(T, 2 * e + 1);
    if (T[2 * e + 2] != Nil) /* 右子树不空 */
        PostTraverse(T, 2 * e + 2);
    visit(T[e]);
}

/* 初始条件: 二叉树T存在 */
/* 操作结果: 后序遍历T。 */
Status PostOrderTraverse(SqBiTree T) {
    if (!BiTreeEmpty(T)) /* 树不空 */
        PostTraverse(T, 0);
    printf("\n");
    return OK;
}

/* 层序遍历二叉树 */
void LevelOrderTraverse(SqBiTree T) {
    int i = MAX_TREE_SIZE - 1, j;
    while (T[i] == Nil)
        i--; /* 找到最后一个非空结点的序号 */
    for (j = 0; j <= i; j++)  /* 从根结点起,按层序遍历二叉树 */
        if (T[j] != Nil)
            visit(T[j]); /* 只遍历非空的结点 */
    printf("\n");
}

/* 逐层、按本层序号输出二叉树 */
void Print(SqBiTree T) {
    int j, k;
    Position p;
    TElemType e;
    for (j = 1; j <= BiTreeDepth(T); j++) {
        printf("第%d层: ", j);
        for (k = 1; k <= powl(2, j - 1); k++) {
            p.level = j;
            p.order = k;
            e = Value(T, p);
            if (e != Nil)
                printf("%d:%d ", k, e);
        }
        printf("\n");
    }
}


int main() {
    Status i;
    Position p;
    TElemType e;
    SqBiTree T;
    InitBiTree(T);
    CreateBiTree(T);
    printf("建立二叉树后,树空否？%d(1:是 0:否) 树的深度=%d\n", BiTreeEmpty(T), BiTreeDepth(T));
    i = Root(T, &e);
    if (i)
        printf("二叉树的根为：%d\n", e);
    else
        printf("树空，无根\n");
    printf("层序遍历二叉树:\n");
    LevelOrderTraverse(T);
    printf("前序遍历二叉树:\n");
    PreOrderTraverse(T);
    printf("中序遍历二叉树:\n");
    InOrderTraverse(T);
    printf("后序遍历二叉树:\n");
    PostOrderTraverse(T);
    printf("修改结点的层号3本层序号2。");
    p.level = 3;
    p.order = 2;
    e = Value(T, p);
    printf("待修改结点的原值为%d请输入新值:50 ", e);
    e = 50;
    Assign(T, p, e);
    printf("前序遍历二叉树:\n");
    PreOrderTraverse(T);
    printf("结点%d的双亲为%d,左右孩子分别为", e, Parent(T, e));
    printf("%d,%d,左右兄弟分别为", LeftChild(T, e), RightChild(T, e));
    printf("%d,%d\n", LeftSibling(T, e), RightSibling(T, e));
    ClearBiTree(T);
    printf("清除二叉树后,树空否？%d(1:是 0:否) 树的深度=%d\n", BiTreeEmpty(T), BiTreeDepth(T));
    i = Root(T, &e);
    if (i)
        printf("二叉树的根为：%d\n", e);
    else
        printf("树空，无根\n");

    return 0;
}

